由南乌拉尔国立大学(ЮУрГУ)科学家鲍里斯·波列沃伊、德米特里·热列布佐夫、德米特里·日武林、丹尼尔·涅纳罗科莫夫、亚历山大·沃龙佐夫与莫斯科的德米特里·戈多维茨基组成的科研团队,提出了一种基于硫化镉与硫化铅的光阻薄膜制备技术,采用真空沉积法实现。
所谓光阻效应,是指材料在黑暗中导电性弱,而在光照下导电性显着增强——光照越强,电阻越低。现代工程师从中看到了信息技术的巨大潜力:若将光阻材料制成薄膜(例如沉积在硅衬底上),即可制成可用光束控制的“芯片”,或对环境状态做出响应的传感器。
已知两种光阻材料:硫化铅与硫化镉,各有专长。硫化铅是可见光及近红外光谱区灵敏度最高的材料之一;而硫化镉则在蓝绿光谱段表现优异。
能否将二者优势结合?为此需要制备这两种硫化物的“固溶体”。通过调节硫化铅与硫化镉的比例,可获得针对特定光谱段“定制”的薄膜成分。
化学合成此类薄膜在电子工艺中并不便利。因此,这组乌拉尔科学家建议使用真空法——磁控溅射与电子束蒸发,这些方法最适用于现代芯片制造。
在实验中,科学家们制备了两类薄膜:
直流磁控溅射法:将含4%镉的薄膜沉积在微晶玻璃(玻璃陶瓷)与氧化硅衬底上,厚度范围为50至500纳米。电子束蒸发法(作为对照):在同类样品上沉积含12%镉的薄膜。
部分样品在沉积后于250℃下退火1小时以改善性能,随后在薄膜上制作镍电极。
含4%镉、采用磁控溅射法制备的薄膜表现出最佳光阻效应。当其沉积在硅衬底上时,对光的响应速度仅需25微秒!且暗态电阻与亮态电阻相差5倍。相比之下,微晶玻璃衬底样品的效果较弱。
为何硅优于微晶玻璃? 硅衬底不仅是机械支撑。在薄膜与硅的界面处,很可能形成了异质结——这种结构本身有助于光生电荷的分离,从而为将光阻层直接集成到硅芯片中开辟了道路。
电子束蒸发法制备的薄膜未显示光阻效应。科学家推测,强电子束导致材料过热,破坏了其光敏结构。虽然该方法成功制备了纯硫化镉薄膜,但其光响应速度慢得多(125–500微秒,而非25微秒)。
25微秒的响应速度使该薄膜适用于火花、火焰及激光光信号的检测。
该研究成果发表于《南乌拉尔国立大学学报》“数学·物理·力学”系列。



